Что то часто мне стали задавать вопросы по аналоговой электронике. Никак сессия студентов за яцы взяла? ;) Ладно, давно пора двинуть небольшой ликбезик. В частности по работе операционных усилителей. Что это, с чем это едят и как это обсчитывать.
Что это
Операционный усилитель это усилок с двумя входами, невье… гхм… большим коэфициентом усиления сигнала и одним выходом. Т.е. у нас U вых = K*U вх а К в идеале равно бесконечности. На практике, конечно, там числа поскромней. Скажем 1000000. Но даже такие числа взрывают мозг при попытке их применить напрямую. Поэтому, как в детском саду, одна елочка, две, три, много елочек — у нас тут много усиления;) И баста.
А входа два. И один из них прямой, а другой инверсный.
Более того, входы высокоомные. Т.е. их входное сопротивление равно бесконечности в идеальном случае и ОЧЕНЬ много в реальном. Счет там идет на сотни МегаОм, а то и на гигаомы. Т.е. оно замеряет напряжение на входе, но на него влияет минимально. И можно считать, что ток в ОУ не течет.
Напряжение на выходе в таком случае обсчитывается как:
U out =(U 2 -U 1)*K
Очевидно, что если на прямом входе напряжение больше чем на инверсном, то на выходе плюс бесконечность. А в обратном случае будет минус бесконечность.
Разумеется в реальной схеме плюс и минус бесконечности не будет, а их замещать будет максимально высокое и максимально низкое напряжение питания усилителя. И у нас получится:
Компаратор
Устройство позволяющее сравнивать два аналоговых сигнала и выносить вердикт — какой из сигналов больше. Уже интересно. Применений ему можно придумать массу. Кстати, тот же компаратор встроен в большую часть микроконтроллеров и как им пользоваться я показывал на примере AVR в статьях и про создание . Также компаратор замечательно используется для создания .
Но одним компаратором дело не ограничивается, ведь если ввести обратную связь, то из ОУ можно сделать очень многое.
Обратная связь
Если мы сигнал возьмем со выхода и отправим прямиком на вход, то возникнет обратная связь.
Положительная обратная связь
Возьмем и загоним в прямой вход сигнал сразу с выхода.
- Напряжение U1 больше нуля — на выходе -15 вольт
- Напряжение U1 меньше нуля — на выходе +15 вольт
А что будет если напряжение будет равно нулю? По идее на выходе должен быть ноль. Но в реальности напряжение НИКОГДА не будет равно нулю. Ведь даже если на один электрон заряд правого перевесит заряд левого, то уже этого достаточно, чтобы на бесконечном усилении вкатить потенциал на выход. И на выходе начнется форменный ад — скачки сигнала то туда, то сюда со скоростью случайных возмущений, наводящихся на входы компаратора.
Для решения этой проблемы вводят гистерезис. Т.е. своего рода зазор между переключениями из одного состояния в другое. Для этого вводят положительную обратную связь, вот так:
 |
Считаем, что на инверсном входе в этот момент +10 вольт. На выходе с ОУ минус 15 вольт. На прямом входе уже не ноль, а небольшая часть выходного напряжения с делителя. Примерно -1.4 вольта Теперь, пока напряжение на инверсном входе не снизится ниже -1.4 вольта выход ОУ не сменит своего напряжения. А как только напряжение станет ниже -1.4, то выход ОУ резко перебросится в +15 и на прямом входе будет уже смещение в +1.4 вольта.
И для того, чтобы сменить напряжение на выходе компаратора сигналу U1 надо будет увеличиться на целых 2.8 вольта, чтобы добраться до верхней планки в +1.4.
Возникает своеобразный зазор где нет чувствительности, между 1.4 и -1.4 вольтами. Ширина зазора регулируется соотношениями резисторов в R1 и R2. Пороговое напряжение высчитывается как Uout/(R1+R2) * R1 Скажем 1 к 100 даст уже +/-0.14 вольт.
Но все же ОУ чаще используют в режиме с отрицательной обратной связью.
Отрицательная обратная связь
Окей, воткнем по другому:
 |
В случае отрицательной обратной связи у ОУ появляется интересное свойство. Он всегда будет пытаться так подогнать свое выходное напряжение, чтобы напряжения на входах были равны, в результате давая нулевую разность.
Пока я в великой книге от товарищей Хоровица и Хилла это не прочитал никак не мог вьехать в работу ОУ. А оказалось все просто.
Повторитель
И получился у нас повторитель. Т.е. на входе U 1 , на инверсном входе U out = U 1 . Ну и получается, что U out = U 1 .
Спрашивается нафига нам такое счастье? Можно же было напрямую кинуть провод и не нужен будет никакой ОУ!
Можно, но далеко не всегда. Представим себе такую ситуацию, есть датчик выполненный в виде резистивного делителя:
 |
Нижнее сопротивление меняет свое значение, меняется расклад напряжений выхода с делителя. А нам надо снять с него показания вольтметром. Но у вольтметра есть свое внутреннее сопротивление, пусть большое, но оно будет менять показания с датчика. Более того, если мы не хотим вольтметр, а хотим чтобы лампочка меняла яркость? Лампочку то сюда никак не подключить уже! Поэтому выход буфферизируем операционным усилителем. Его то входное сопротивление огромно и влиять он будет минимально, а выход может обеспечить вполне ощутимый ток (десятки миллиампер, а то и сотни), чего вполне хватит для работы лампочки.
В общем, применений для повторителя найти можно. Особенно в прецезионных аналоговых схемах. Или там где схемотехника одного каскада может влиять на работу другого, чтобы разделить их.
Усилитель
А теперь сделаем финт ушами — возьмем нашу обратную связь и через делитель напряжения подсадим на землю:
 |
Теперь на инверсный вход подается половина выходного напряжения. А усилителю то по прежнему надо уравнять напряжения на своих входах. Что ему придется сделать? Правильно — поднять напряжение на своем выходе вдвое выше прежнего, чтобы компенсировать возникший делитель.
Теперь будет U 1 на прямом. На инверсном U out /2 = U 1 или U out = 2*U 1 .
Поставим делитель с другим соотношением — ситуация изменится в том же ключе. Чтобы тебе не вертеть в уме формулу делителя напряжения я ее сразу и дам:
U out = U 1 *(1+R 1 /R 2)
Мнемонически запоминается что на что делится очень просто:
При этом получается, что входной сигнал идет по цепи резисторов R 2 , R 1 в U out . При этом прямой вход усилителя засажен на нуль. Вспоминаем повадки ОУ — он постарается любыми правдами и неправдами сделать так, чтобы на его инверсном входе образовалось напряжение равное прямому входу. Т.е. нуль. Единственный вариант это сделать — опустить выходное напряжение ниже нуля настолько, чтобы в точке 1 возник нуль.
Итак. Представим, что U out =0. Пока равно нулю. А напряжение на входе, например, 10 вольт относительно U out . Делитель из R 1 и R 2 поделит его пополам. Таким образом, в точке 1 пять вольт.
Пять вольт не равно нулю и ОУ опускает свой выход до тех пор, пока в точке 1 не будет нуля. Для этого на выходе должно стать (-10) вольт. При этом относительно входа разность будет 20 вольт, а делитель обеспечит нам ровно 0 в точке 1. Получили инвертор.
Но можно же и другие резисторы подобрать, чтобы наш делитель выдавал другие коэффициенты!
В общем, формула коэффициента усиления для такого усилка будет следующей:
U out = — U in * R 1 /R 2
Ну и мнемоническая картинка для быстрого запоминания ху из ху.
Допустим U 2 и U 1 будет по 10 вольт. Тогда на 2й точке будет 5 вольт. А выход должен будет стать таким, чтобы на 1й точке стало тоже 5 вольт. То есть нулем. Вот и получается, что 10 вольт минус 10 вольт равняется нуль. Все верно:)
Если U 1 станет 20 вольт, то выход должен будет опуститься до -10 вольт.
Сами посчитайте — разница между U 1 и U out станет 30 вольт. Ток через резистор R4 будет при этом (U 1 -U out)/(R 3 +R 4) = 30/20000 = 0.0015А, а падение напряжения на резисторе R 4 составит R 4 *I 4 = 10000*0.0015 = 15 вольт. Вычтем падение в 15 вольт из входных 20 и получим 5 вольт.
Таким образом, наш ОУ прорешал арифметическую задачку из 10 вычел 20, получив -10 вольт.
Более того, в задачке есть коэффициенты, определяемые резисторами. Просто у меня, для простоты, резисторы выбраны одинакового номинала и поэтому все коэффициенты равны единице. А на самом деле, если взять произвольные резисторы, то зависимость выхода от входа будет такой:
U out = U 2 *K 2 — U 1 *K 1
K 2 = ((R 3 +R 4) * R 6) / (R 6 +R 5)*R 4
K 1 = R 3 /R 4
Мнемотехника для запоминания формулы расчета коэффициентов такова:
Прям по схеме. Числитель у дроби вверху поэтому складываем верхние резисторы в цепи протекания тока и множим на нижний. Знаменатель внизу, поэтому складываем нижние резисторы и множим на верхний.
Тут все просто. Т.к. точка 1 у нас постоянно приводится к 0, то можно считать, что втекающие в нее токи всегда равны U/R, а входящие в узел номер 1 токи суммируются. Соотношение входного резистора и резистора в обратной связи определяет вес входящего тока.
Ветвей может быть сколько угодно, я же нарисовал всего две.
U out = -1(R 3 *U 1 /R 1 + R 3 *U 2 /R 2)
Резисторы на входе (R 1 , R 2) определяют величину тока, а значит общий вес входящего сигнала. Если сделать все резисторы равными, как у меня, то вес будет одинаковым, а коэффициент умножения каждого слагаемого будет равен 1. И U out = -1(U 1 +U 2)
Сумматор неинвертирующий
Тут все чуток посложней, но похоже.
 |
Uout = U 1 *K 1 + U 2 *K 2
K 1 = R 5 /R 1
K 2 = R 5 /R 2
Причем резисторы в обратной связи должны быть такими, чтобы соблюдалось уравнение R 3 /R 4 = K 1 +K 2
В общем, на операционных усилителях можно творить любую математку, складывать, умножать, делить, считать производные и интегралы. Причем практически мгновенно. На ОУ делают аналоговые вычислительные машины. Одну такую я даже видел на пятом этаже ЮУрГУ — дура размером в пол комнаты. Несколько металлических шкафов. Программа набирается соединением разных блоков проводочками:)
Микросхемы ОУ в абсолютном большинстве случая используются с цепями обратных связей. Чаще всего используют отрицательные обратные связи, но в некоторых случаях и положительные.
2.2.1. Микросхемы оу с цепями отрицательных обратных связей
Как было показано
в разделе 2.1, охват усилителя отрицательной
обратной связью позволяет существенно
повысить стабильность коэффициента
усиления. Это тем более важно, поскольку
коэффициент усиления ОУ без обратной
связи при изменении температуры может
изменяться в очень широких пределах.
Например, коэффициент усиления ОУ
MC1556G
(фирма Motorola)
при t
= 25 ◦ C
равен
приt
= -50 ◦ C
его величина уменьшается до
,
а приt
= 100 ◦ C
– увеличивается до
.
Использование отрицательной обратной
связи позволяет существенно уменьшить
нестабильность коэффициента усиления.
Действительно, если необходим усилитель
с коэффициентом усиления равным 100 (приt
= 25 ◦ C),
то используя микросхему MC1556G
из формулы (2.1) получаем:
.
Отсюда
.
Подставляя в (2.1)
значение К при t
= 100 ◦ C,
равное
,
получаем:
.
Таким образом, коэффициент усиления с введением отрицательной обратной связи за счет изменения коэффициента усиления без обратной изменился всего на 0,02059%.
Очень близкий к этому результату можно получить, если учесть, что нестабильность коэффициента усиления усилителя с обратной связью, обусловленная нестабильностью коэффициента усиления без обратной связи, уменьшается в фактор обратной связи раз. Относительную нестабильность коэффициента усиления без обратной связи можно определить по формуле:
или
%.
Фактор обратной связи F необходимо рассчитать, учитывая, что он увеличился с ростом температуры, но полагая, что К ос практически не изменяется и остается равным 100.
Отсюда
или
.
С учетом, что
,
получаем
в %:
%.
Сравнив с полученным
ранее результатом
%,
отметим, что погрешность, полученная
при расчете по приближенным формулам
по второму методу, отличается от
погрешности, полученной по точным
формулам, всего на 0,0087421%. Таким образом,
нестабильность
можно рассчитывать по приближенным
формулам, учитывая, что
.
Большое значение
фактора обратной связи, получаемое при
использование микросхем ОУ, позволяет
при расчетах применять упрощенную
формулу для расчета
.
Действительно, если в формуле
учесть, что
и
,
то получим
.
Таким образом,
коэффициент усиления усилителя с
отрицательной обратной связью
определяется только цепью обратной
связи. Справедливость условия
становиться очевидным, если считать
операционный усилитель идеальным (
).
Именно это обстоятельство позволило
при расчете усилителей на основе ОУ
использовать принцип “мнимой земли”.
Проиллюстрируем использование этого принципа на основе усилителя – инвертора, выполненного на микросхеме ОУ (рис 2.5) .
Рис. 2.5. Схема усилителя-инвертора на ОУ
В приведенной схеме ОУ охвачен отрицательной параллельной обратной связью по напряжению. Связь отрицательная потому, что, если Uг положительное, то Uвых отрицательное, что уменьшает напряжение на входе ОУ. Связь параллельная, поскольку по отношению к входам ОУ генератор Uг и сигнал обратной связи включены параллельно. Обратная связь по напряжению, т.к. сигнал обратной связи пропорционален выходному напряжению.
Учитывая, что U ВЫХ
= K
U ВХ,
а U ВЫХ
не может быть больше, чем +E
и меньше, чем –E,
его величину можно считать конечной.
Отсюда для идеального ОУ (
),
получаем
,
т.е. потенциал на инвертирующем входе
равен 0. Именно поэтому в названии
принципа используется слово “земля”.
(В абсолютном большинстве электронных
устройств есть общая шина, которая
обычно действительно соединяется с
землей). Однако “земля” на инвертирующем
входе ОУ является “мнимой” или
“виртуальной”. Действительно, если
генератор напряжения Uг,
одна клемма которого заземлена,
присоединить к какому-то резистору с
сопротивлением R,
а вторую клемму резистора присоединить
к "земле", то от генератора через
резистор R
в "землю" потечет ток
.
В нашем случае (рис. 2.5) от источника
напряженияUг
тоже потечет ток I,
равный
,
но этот ток потечет не в "землю"
(или общую шину), а в цепь обратной связи
ОУ. Отсюда
и
.
Следует отметить,
что ток I
или любая его часть не могут пойти на
вход ОУ, т.к. учитывая, что у идеального
ОУ
,
это создало бы на входе ОУ напряжение
равное
.
Можно сформулировать условия, при выполнении которых можно использовать принцип “мнимой земли”:
ОУ является идеальным;
ОУ охвачен отрицательной обратной связью;
ОУ не выходит из линейного режима, т.е. его амплитудную характеристику можно считать линейной.
Рассмотрим другие цепи ОУ с отрицательной обратной связью, используя принцип “мнимой земли”.
Инвертирующий усилитель-сумматор.
Схема инвертирующего усилителя-сумматора на ОУ приведена на рис. 2.6.
Принцип работы схемы аналогичен принципу работы инвертирующего усилителя на ОУ. В данном случае ток в цепи обратной связи I 0 является суммой токов от входных генераторов напряжения U 1 , U 2 ,…, U n:
.
Рис. 2.6. Схема инвертирующего усилителя-сумматора на ОУ
В свою очередь каждый из указанных токов, согласно принципу “мнимой земли” (Uвх = 0), равен:
…,
Положим, что
.
В этом случае
.
Ток
,
протекая по сопротивлению
,
создает напряжениеUвых:
.
Таким образом,
при
схема не только суммирует и инвертирует
сигналы, но и их усиливает. При этом
напряженияU 1 ,
U 2 ,…,
U n
могут быть
не только положительными, но и
отрицательными.
Неинвертирующий усилитель.
Схема неинвертирующего усилителя на ОУ приведена на рис. 2.7. В схеме ОУ охвачен отрицательной последовательной обратной связью по напряжению.
Рис. 2.7. Схема неинвертирующего усилителя на ОУ
Связь отрицательная потому, что, если напряжение генератора положительное и подается на неинвертирующий вход, то напряжение на выходе будет так же положительно, но через цепь обратной связи R 2 ̶ R 1 оно подается на инвертирующий вход, уменьшая напряжение, действующее между входами ОУ. Связь последовательная, т.к. генератор напряжения и сигнал обратной связи подключаются ко входам ОУ последовательно. Обратная связь по напряжению, т.к. сигнал обратной связи пропорционален выходному напряжению.
В приведенной
схеме напряжение между входами ОУ,
согласно принципу “мнимой земли”,
также должно быть равно нулю: Uвх
= 0. Отсюда следует, что напряжение на
инвертирующем входе, так же как и
напряжение на неинвертирующем входе,
равно Uг.
Следовательно, по сопротивлению
течет токI
=
Этот
токI
протекает по сопротивлению обратной
связи
и создает напряжение на выходеU ВЫХ.
Таким образом, ток I можно выразить через Uг и Uвых:
.
Отсюда коэффициент
усиления с обратной связью
равен:
.
Если положить в
схеме (рис. 2.7)
,
а
,
то
.
Такая схема называется повторителем
напряжения. Схема приведена на рис.
2.8.
Рис.2.8. Схема повторителя напряжения
Поскольку все выходное напряжение подается на вход ОУ, связь считается 100-процентной.
Неинвертирующий усилитель-сумматор.
Схема неинвертирующего усилителя-сумматора на ОУ приведена на рис. 2.9.
Рис. 2.9. Схема неинвертирующего усилителя-сумматора на ОУ
Для определения
напряжения на выходе схемы Uвых
необходимо прежде всего определить
напряжение на неинвертирующем входе
U 0 .
При этом учтем, что ток в ОУ через
неинвертирующий вход втекать не может
(
).
Следовательно, по первому закону Киргофа
можно записать:
.
Каждый из токов от источников напряжения U 1 , U 2 ,…, U n можно выразить следующими формулами:
…,
Таким образом
.
Положим, что
.
Отсюда
и
.
В результате,
учитывая, что напряжение
усиливается неинвертирующим усилителем
в (
)
раз, получаем:
.
Дифференциальный усилитель.
Дифференциальным усилителем называется усилитель, усиливающий разность входных сигналов.
Схема дифференциального усилителя на ОУ приведена на рис. 2.10. Для определения U ВЫХ целесообразно воспользоваться методом наложений (методом суперпозиций).
Рис. 2.10. Схема дифференциального усилителя на ОУ
Метод наложений (суперпозиций) состоит в том, что напряжение или ток в любой части линейной схемы, содержащей источники напряжения и тока, можно найти, определяя необходимые напряжение или ток от одного из источников напряжения или тока. При этом все другие источники напряжения замыкаются, а источники тока исключаются из схемы. Так определяются напряжение или ток от каждого источника. Затем полученные результаты суммируются.
Найдем выходное
напряжение в схеме дифференциального
усилителя, сначала учитывая напряжение
,
а затем напряжение
.
В первом случае, замыкая
,
получаем схему на рис. 2.11а. Учитывая,
что входной ток идеального ОУ равен
нулю, можно считать, что напряжение
на неинвертирующем входе равно нулю.
Следовательно, напряжение на инвертирующем
входе также равно нулю. Это означает,
что приведенная на рис. 2.11а схема
эквивалентна схеме инвертирующего
усилителя, т.е.
.
Во втором случае,
замыкая
,
получим схему, приведенную на рис.
2.11б. Для определения
необходимо определить
.
С учетом, что входное сопротивление ОУ
равно
,
получаем
.
Напряжение
усиливается неинвертирующим усилителем
в (1+m)
раз. Отсюда
Рис. 2.11. Схемы для определения выходного напряжения дифференциального усилителя по методу наложений
Таким образом,
,
т.е. на выходе усилителя получаем
усиленную вm
раз разность входных напряжений
и
.
Преобразователь тока в напряжение.
В случае, если ток источника тока необходимо преобразовать в напряжение, то можно этот ток пропустить через сопротивление и получить напряжение (схема приведена на рис. 2.12). Однако такое техническое решение в целом ряде случаев оказывается неприемлемым по следующим причинам:
Рис. 2.12. Схема простейшего преобразователя тока в напряжение
Выходное
сопротивление такого источника
напряжения, преобразованного из
источника тока, оказывается чрезмерно
большим, поскольку
и при маломI
для получения необходимого
следует выбрать большоеR.
Следовательно, при необходимости
возможного дальнейшего усиления
,
требуется усилитель с очень большим
входным сопротивлением;
Напряжение
,
возникающее на сопротивленииR,
может препятствовать нормальному
функционированию источника тока I,
если в качестве такого источника
используется какой-либо датчик.
Действительно, при изменении тока I
на выходе датчика будет изменяться
напряжение, что может привести к
нелинейной зависимости тока датчика
I
от какого-либо физического параметра.
С целью исключения этих неблагоприятных факторов можно использовать схему преобразователя, выполненного на ОУ (рис. 2.13)
В данном случае ОУ охвачен отрицательной параллельной 100-процентной обратной связью по напряжению.
С учетом принципа
“мнимой земли” выходное напряжение
будет равно:
,
т.е.
получается равным по модулю выходному
напряжению в схеме на рис. 2.12. Однако в
приведенной схеме на ОУ напряжение на
выходных клеммах источника тока будет
всегда равно нулю, выходное сопротивление
источника напряжения за счет отрицательной
обратной связи по напряжению также
будет близко к нулю.
Рис. 2.13. Схема преобразователя ток-напряжение, выполненная на ОУ
Кроме того, параллельная отрицательная обратная связь уменьшает входное сопротивление в (1+К) раз, где К – коэффициент усиления усилителя без обратной связи. Действительно, с учетом коэффициента усиления получаем следующие уравнения:
,
I ОС
=
.
Учитывая, что
,
получаем
.
Поскольку входное сопротивление ОУ достаточно велико, то с большой уверенностью можно считать, что R ВХ ∙(1+К)>˃R, т.е.
.
Преобразователь напряжения в ток.
Необходимо
осуществить такое преобразование, при
котором ток не зависел бы от сопротивления
нагрузки (при простом подключении к
источнику напряжения
сопротивления нагрузки ток будет равен
,
т.е. будет зависеть от сопротивления
нагрузки). С помощью ОУ можно сделать
так, чтобы ток не зависел от сопротивления
нагрузки. Схема преобразователя
напряжения в ток приведена на рис. 2.14.
Рис. 2.14. Схема преобразователя напряжения в ток
Согласно принципу
“мнимой земли”, учитывая, что усилитель
охвачен отрицательной обратной связью,
.
Отсюда ток в сопротивленииR
будет равен
.
Этот ток не может течь от инвертирующего
входа ОУ, а будет течь с выхода ОУ. При
этом от сопротивления
он не будет зависеть, если напряжение
не выйдет за пределы линейной амплитудной
характеристики ОУ.
Стабилизатор напряжения на основе ОУ.
Стабилизировать напряжение можно, используя опорные диоды (стабилитроны). Однако схема стабилизатора на стабилитроне и одном резисторе, приведенная на рис. 2.15., обладает рядом существенных недостатков:
Рис. 2.15. Схема стабилизатора напряжения на стабилитроне
Указанные недостатки стабилизатора напряжения можно исправить, если использовать операционный усилитель. Схема стабилизатора напряжения с использованием ОУ в качестве усилителя-регулятора приведена на рис. 2.16.
Рис. 2.16. Стабилизатор напряжения с использованием
усилителя-регулятора на ОУ
Напряжение со
стабилитрона подается на неинвертирующий
вход усилителя с регулируемым с помощью
переменного резистора
коэффициентом усиления:
.
Приведенная схема имеет следующие достоинства:
Логарифмический усилитель.
Схема логарифмического усилителя на ОУ приведена на рис. 2.17.
Рис. 2.17. Схема усилителя-логарифматора на ОУ
Операционный
усилитель охвачен отрицательной
обратной связью и поэтому можно
использовать принцип “мнимой земли”,
т.е.
.
Следовательно
.
Ток I
протекает по диоду, причем p-n
переход смещен в прямом направлении.
Ток диода
определяется следующей формулой:
,
где
- ток неосновных носителей,
- напряжение на диоде,
- температурный потенциал,k
– постоянная Больцмана, Т – абсолютная
температура, q
– заряд электрона.
При t
= 20 ◦ C
можно считать, что
.
При условии U Д >>
T ,
т.е. U Д >>25mB
формула для
упрощается:
или
.
Логарифмируя,
получаем
.
Напряжение на
диоде
равно напряжению на выходе ОУ со знаком
минусом:
.
Таким образом, получаем
Антилогарифмический усилитель.
Схему антилогарифмического усилителя можно получить из схемы усилителя логарифматора, если поменять местами резистор и диод. Схема антилогарифмического усилителя приведена на рис. 2.18.
Используем принцип
“мнимой земли”. Получаем, что
и
.
Как и для логарифмического усилителя
положим, что
.
Рис. 2.18. Схема антилогарифмического усилителя
Следовательно,
.
Ток диода, протекая по сопротивлению
обратной связиR,
создает на выходе ОУ отрицательное
напряжение
,
т.е.
.
Учитывая, что U д
=U г,
получим U ВЫХ =
I 0 ∙R∙
.
Интегратор на ОУ.
Схема интегратора
на ОУ, производящего интегрирование
по времени входного напряжения
,
приведена на рис. 2.19.
Рис. 2.19. Схема интегратора на ОУ
В схеме ОУ охвачен
отрицательной обратной связью лишь по
переменному току. По этой причине в
реальном случае, т.е. при использовании
любых микросхем ОУ при
на выходе ОУ устанавливается напряжение,
близкое либо к
,
либо
.
Следовательно, на практике нужно
принимать меры, чтобы удержать ОУ в
линейном режиме. Это можно сделать,
либо вводя дополнительную отрицательную
обратную связь по постоянному току,
например, шунтированием конденсатора
С резистором с большим сопротивлением
,
либо используя периодическую установку
напряжения на выходе равным нулю,
например, периодически закорачивая
конденсатор электронным ключом Кл.
Рассмотрим работу
интегратора, полагая, что ОУ идеальный
и работает в линейном режиме. В этом
случае согласно принципу “мнимой
земли” напряжение на инвертирующем
входе равно нулю (
).
По этой причине выходное напряжение
равно напряжению на конденсаторе. В
свою очередь, напряжение на конденсаторе
равно заряду на конденсаторе, деленному
на емкость конденсатора
.
А заряд на конденсаторе равен интегралу
по времени от тока
,
идущего на заряд конденсатора. Таким
образом
и
.
Учитывая, что ток
,
получаем
U
ВЫХ
=
U C
=
.
При условии, что
,
имеем
,
т.е. линейно изменяющееся во времени
напряжение.
Положим, что на
вход схемы подается синусоидальное
напряжение
.
В этом случае можно найти выходное
напряжение, взяв интеграл от
.
Однако можно сделать проще, полагая,
что интегратор по переменному тогу
представляет собой усилитель-инвертор,
в цепь обратной связи которой включен
конденсатор с сопротивлением по
переменному току
,
равному
.
Отсюда
.
Дифференциатор на ОУ.
Схема дифференциатора на ОУ, осуществляющего получение на выходе напряжения, пропорционального производной по времени от входного напряжения, приведена на рис. 2.20.
Рис. 2.20. Схема дифференциатора на ОУ
Схема охвачена
100-процентной отрицательной обратной
связью. По этой причине ОУ в схеме всегда
будет в линейном режиме, т.е. при расчете
можно использовать принцип “мнимой
земли” (
).
Отсюда получаем U ВЫХ
=
I C ∙R..
Известно, что ток
,
идущий на зарядку конденсатора, равен
,
где напряжение на конденсаторе
равно
.
Следовательно, получаем
.
При подаче на вход
дифференциатора напряжения
также как и в случае интегратора, можно
рассматривать схему как усилитель-инвертор
с конденсатором на входе, включенном
вместо резистора. При этом
.
Селективный RC -усилитель на ОУ.
Селективный усилитель предназначен для усиления входного сигнала на одной частоте и подавления сигналов на всех других частотах. АЧХ селективного усилителя приведена на рис. 2.21.
Рис. 2.21. АЧХ селективного усилителя на ОУ
Селективный
усилитель характеризуется следующими
параметрами: частотой резонанса, на
которой коэффициент усиления достигает
максимального значения -
,
коэффициентом усиления на резонансной
частоте -
,
добротностью, определяемой как отношение
резонансной частоты к разности частот
∆ω, на которых модуль коэффициента
усиления на резонансной частоте
уменьшается в
раз.
Схема селективного RC-усилителя с частотно -зависимой цепью отрицательной обратной связи приведена на рис. 2.22.
Рис. 2.22. Схема селективного RC-усилителя
В схеме присутствует
100-процентная отрицательная обратная
связь по постоянному току, осуществляемая
через резистор
.
Следовательно, ОУ будет всегда находиться
в линейном режиме и можно использовать
принцип “мнимой земли” (
).
Условно положим, что входное напряжение
положительно. Тогда токи, протекающие
по отдельным участкам цепи обратной
связи:
,
,I 2
имеют направление, указанное на рис.
2.22. Учтем, что I=I 1 +I 2 .
Сопротивления конденсаторов С 1
и С 2
синусоидальному току обозначим Z 1
и Z 2 ,
и положим, что Z 1 =Z 2 =Z.
Выразим токи
,
и
через напряженияU г,
U 1
и U вых:
;
;
.
Из равенства токов в узле с напряжениями U 1 , получаем:
.
Отсюда, учитывая,
что
получаем:
Модуль коэффициента усиления равен:
.
Дифференцируя по ω и приравнивая производную нулю,
можно показать,
что
имеет максимум на частоте
:
.
.
Полагая, что на
частотах
и
уменьшается в
раз, получаем уравнение
.
Решая это уравнение, находим:
,
..
Отсюда
и
.
Отметим, что при
и
=0.
Основные параметры
селективного усилителя можно определить
и по более простым формулам, известных
из теории активных фильтров . Для
этого в формуле K ОС
произведем замену
на
операторp.
Получим
где
,
,
,
.
Из теории фильтров известно, что
,
,
= 
.
Отсюда
,
,
.
Если использовать
полученные из операторного выражения
формулы, то очевидно, что определить
основные параметры селективного
усилителя можно гораздо проще, чем
используя символический метод.
Обратная связь (ОС) по напряжению, как следует из названия, относится к петлезамкнутым конфигурациям, в которых сигнал ошибки представляет собой напряжение. В традиционных операционных усилителях обратная связь формируется сигналом напряжения, т.е. входные выводы реагируют на изменение напряжения; при этом вырабатывается соответствующее выходное напряжение. Обратная связь по току относится к петлезамкнутым конфигурациям, в которых сигнал ошибки, используемый для реализации обратной связи, представляет собой ток. В ОУ с токовой обратной связью ток ошибки передается на один из его входных выводов; при этом на выходе также вырабатывается соответствующее выходное напряжение. Заметьте, что при работе обе структуры пытаются достигнуть одинакового результата: нулевое дифференциальное входное напряжение и нулевой входной ток. Идеальный ОУ с обратной связью по напряжению имеет высокоомные входы, результатом чего является нулевой входной ток, и использует обратную связь по напряжению для поддержания нулевого входного напряжения. ОУ с обратной связью по току, напротив, имеют низкоомный вход и использует токовую обратную связь для поддержания нулевого входного тока.
Передаточная функция трансимпедансного усилителя является зависимостью выходного напряжения от входного тока, и коэффициент “усиления” (точнее, коэффициент преобразования) такого усилителя v O /i IN имеет размерность сопротивления. Следовательно, ОУ с токовой обратной связью могут быть отнесены к трансимпедансным усилителям. Интересно отметить, что схема на ОУ с замкнутой обратной связью по напряжению, может быть также отнесена к трансимпедансным схемам при динамическом токовом управлении низкоимпедансным суммирующим выводом (например, при считывании сигнала фотодиода). Такая схема формирует выходное напряжение, равное входному току, умноженному на сопротивление обратной связи.
Так как, в принципе, любая схема с ОУ может быть выполнена либо с обратной связью по току, либо с обратной связью по напряжению, то преобразователь ток-напряжение может быть выполнен на операционном усилителе с токовой обратной связью. Когда используется термин трансимпедансный услитель, необходимо понимать разницу между ОУ с токовой ОС со специфичной структурой и любыми петлезамкнутыми преобразователями тока в напряжение, которые ведут себя как трансимпедансные схемы.
В упрощенной модели операционного усилителя с ОС по напряжению (бесконечное входное сопротивление, нулевое выходное сопротивление и высокий коэффициент усиления при разомкнутой ОС) в неинвертирующем включении разность напряжений на входах (V IN+ –V IN–) усиливается в соответствии с коэффициентом усиления с разомкнутой обратной связью A(s), и часть выходного напряжения передается на инвертирующий вход через резистивный делитель, состоящий из сопротивлений R F и R G .
Для этой схемы:
Подставляя и упрощая получаем:
Верхняя граница частотного диапазона (полоса) схемы с замкнутой обратной связью равна частоте, на которой петлевое усиление LG имеет единичное значение (0 дБ). Член 1 + R F /R G , называемый коэффициентом усиления шума, для неинвертирующей схемы также является коэффициентом усиления сигнала. На диаграмме Боде полоса схемы с замкнутой обратной связью определяется как пересечение графиков коэффициента усиления ОУ с разомкнутой обратной связью A(s) и коэффициента усиления шума NG. Большой коэффициент усиления шума уменьшает петлевое усиление и, следовательно, полосу при замкнутой ОС. Если график A(s) имеет наклон 20 дБ/декада, произведение коэффициента усиления схемы на ее полосу будет постоянной величиной. Таким образом, увеличение коэффициента усиления схемы на 20 дБ приведет к сужению полосы на одну декаду (в десять раз).
В упрощенной модели усилителя с обратной связью по току при неинвертирующем включении неинвертирующий вход является высокоимпедансным входом буфера с единичным коэффициентом усиления, а инвертирующий вход – низкоомный выход этого буфера. Буфер позволяет току ошибки I ERR втекать или вытекать из инвертирующего входа, и единичный коэффициент усиления вынуждает инвертирующий вход следить за сигналом неинвертирующего входа. Ток ошибки через резистор R F передается в высокоимпедансный узел, где он преобразуется в напряжение и передается через буфер (на схеме не показан) на выход. Высокоимпедансный узел является частотно-зависимым сопротивлением Z(s), по роли своей аналогичным усилению с разомкнутой обратной связью для ОУ с ОС по напряжению; он обладает высоким значением импеданса по постоянному току и имеет наклон 20 дБ/декада.
Операционные усилители являются одними из основных компонентов в современных аналоговых электронных устройствах. Благодаря простоте расчетов и отличным параметрам, операционные усилители легки в применении. Их также называют дифференциальными усилителями, так как они способны усилить разность входных напряжений.
Особенно популярно использование операционных усилителей в звуковой технике, для усиления звучания музыкальных колонок.
Обозначение на схемах
Из корпуса усилителя обычно выходят пять выводов, из которых два вывода – входы, один – выход, остальные два – питание.
Принцип действия
Существуют два правила, помогающие понять принцип действия операционного усилителя:
- Выход операционного усилителя стремится к нулевой разности напряжений на входах.
- Входы усилителя не расходуют ток.
Первый вход обозначен «+», он называется неинвертирующим. Второй вход обозначен знаком «–», считается инвертирующим.
Входы усилителя имеют высокое сопротивление, называемое импедансом. Это позволяет расходовать ток на входах в несколько наноампер. На входе происходит оценка величины напряжений. В зависимости от этой оценки усилитель выдает на выход усиленный сигнал.
Большое значение имеет коэффициент усиления, который иногда достигает миллиона. Это означает, что если на вход подать хотя бы 1 милливольт, то на выходе напряжение будет равно величине напряжения источника питания усилителя. Поэтому операционники не применяют без обратной связи.
Входы усилителя действуют по следующему принципу: если напряжение на неинвертирующем входе будет выше напряжения инвертирующего входа, то на выходе окажется наибольшее положительное напряжение. При обратной ситуации на выходе будет наибольшее отрицательное значение.
Отрицательное и положительное напряжение на выходе операционного усилителя возможно из-за использования источника питания, обладающего расщепленным двуполярным напряжением.
Питание операционного усилителя
Если взять пальчиковую батарейку, то у нее два полюса: положительный и отрицательный. Если отрицательный полюс считать за нулевую точку отсчета, то положительный полюс покажет +1,5 В. Это видно по подключенному .
Взять два элемента и подключить их последовательно, то получается следующая картина.
Если за нулевую точку принять отрицательный полюс нижней батарейки, а напряжение измерять на положительном полюсе верхней батарейки, то прибор покажет +10 вольта.
Если за ноль принять среднюю точку между батарейками, то получается источник двуполярного напряжения, так как имеется напряжение положительной и отрицательной полярности, равной соответственно +5 вольта и -5 вольта.
Существуют простые схемы блоков с расщепленным питанием, использующиеся в конструкциях радиолюбителей.
Питание на схему подается от бытовой сети. Трансформатор понижает ток до 30 вольт. Вторичная обмотка в середине имеет ответвление, с помощью которого на выходе получается +15 В и -15 В выпрямленного напряжения.
Разновидности
Существует несколько разных схем операционных усилителей, которые стоит рассмотреть подробно.
Инвертирующий усилитель
Такая схема является основной. Особенностью этой схемы является то, что операционники характеризуются кроме усиления, еще и изменением фазы. Буква «k» обозначает параметр усиления. На графике изображено влияние усилителя в данной схеме.
Синий цвет отображает входной сигнал, а красный цвет – выходной сигнал. Коэффициент усиления в этом случае равен: k = 2. Амплитуда сигнала на выходе в 2 раза больше, сигнала на входе. Выходной сигнал усилителя перевернут, отсюда и его название. Инвертирующие операционные усилители имеют простую схему:
Такие операционные усилители стали популярными из-за своей простой конструкции. Для вычисления усиления применяют формулу:
Отсюда видно, что усиление операционника не зависит от сопротивления R3, поэтому можно обойтись без него. Здесь он применяется для защиты.
Неинвертирующие операционные усилители
Эта схема подобна предыдущей, отличием является отсутствие инверсии (перевернутости) сигнала. Это означает сохранение фазы сигнала. На графике изображен усиленный сигнал.
Коэффициент усиления неинвертирующего усилителя также равен: k = 2. На вход подается сигнал в форме синусоиды, на выходе изменилась только ее амплитуда.
Эта схема не менее простая, чем предыдущая, в ней имеется два сопротивления. На входе сигнал подается на плюсовой вывод. Для расчета коэффициента усиления требуется использовать формулу:
Из нее видно, что коэффициент усиления не бывает меньше единицы, так как сигнал не подавляется.
Схема вычитания
Эта схема дает возможность создания разности двух сигналов на входе, которые могут быть усилены. На графике показан принцип действия дифференциальной схемы.
Такую схему усилителя еще называют схемой вычитания.
Она имеет более сложную конструкцию, в отличие от рассмотренных ранее схем. Для расчета выходного напряжения пользуются формулой:
Левая часть выражения (R3/R1) определяет коэффициент усиления, а правая часть (Ua – Ub) является разностью напряжений.
Схема сложения
Такую схему называют интегрированным усилителем. Она противоположна схеме вычитания. Особенностью ее является возможность обработки больше двух сигналов. На таком принципе действуют все звуковые микшеры.
Эта схема показывает возможность суммирования нескольких сигналов. Для расчета напряжения применяется формула:
Схема интегратора
Если в схему добавить конденсатор в обратную связь, то получится интегратор. Это еще одно устройство, в котором используются операционные усилители.
Схема интегратора подобна инвертирующему усилителю, с добавлением емкости в обратную связь. Это приводит к зависимости работы системы от частоты сигнала на входе.
Интегратор характеризуется интересной особенностью перехода между сигналами: сначала прямоугольный сигнал преобразуется в треугольный, далее он переходит в синусоидальный. Расчет коэффициента усиление проводится по формуле:
В этой формуле переменная ω = 2π f повышается с возрастанием частоты, следовательно, чем больше частота, тем коэффициент усиления меньше. Поэтому интегратор может действовать в качестве активного фильтра низких частот.
Схема дифференциатора
В этой схеме получается обратная ситуация. На входе подключена емкость, а в обратной связи подключено сопротивление.
Судя по названию схемы, ее принцип работы заключается в разнице. Чем больше скорость изменения сигнала, тем больше величина коэффициента усиления. Этот параметр дает возможность создавать активные фильтры для высокой частоты.
Коэффициент усиления для дифференциатора рассчитывается по формуле:
Это выражение обратно выражению интегратора. Коэффициент усиления повышается в отрицательную сторону с возрастанием частоты.
Аналоговый компаратор
Устройство компаратора сравнивает два значения напряжения и переводит сигнал в низкое или высокое значение на выходе, в зависимости от состояния напряжения. Эта система включает в себя цифровую и аналоговую электронику.
Особенностью этой системы является отсутствие в основной версии обратной связи. Это означает, что сопротивление петли очень велико.
На плюсовой вход подается сигнал, а на минусовой вход подается основное напряжение, которое задается потенциометром. Ввиду отсутствия обратной связи коэффициент усиления стремится к бесконечности.
При превышении напряжения на входе величины основного опорного напряжения, на выходе получается наибольшее напряжение, которое равно положительному питающему напряжению. Если на входе напряжение будет меньше опорного, то выходным значением будет отрицательное напряжение, равное напряжению источника питания.
В схеме аналогового компаратора имеется значительный недостаток. При приближении значений напряжения на двух входах друг к другу, возможно частое изменение выходного напряжения, что обычно приводит к пропускам и сбоям в работе реле. Это может привести к нарушению работы оборудования. Для решения этой задачи применяют схему с гистерезисом.
Аналоговый компаратор с гистерезисом
На рисунке показана схема действия схемы с, которая аналогична предыдущей схеме. Отличием является то, что выключение и включение не происходит при одном напряжении.
Направление стрелок на графике указывает направление перемещения гистерезиса. При рассмотрении графика слева направо видно, что переход к более низкому уровню осуществляется при напряжении Uph, а двигаясь справа налево, напряжение на выходе достигнет высшего уровня при напряжении Upl.
Такой принцип действия приводит к тому, что при равных значениях входных напряжений, состояние на выходе не изменяется, так как для изменения требуется разница напряжений на существенную величину.
Такая работа схемы приводит к некоторой инертности системы, однако это более безопасно, в отличие от схемы без гистерезиса. Обычно такой принцип действия применяется в нагревательных приборах с наличием термостата: плиты, утюги и т.д. На рисунке изображена схема усилителя с гистерезисом.
Напряжения рассчитываются по следующим зависимостям:
Повторители напряжения
Операционные усилители часто применяются в схемах повторителей напряжения. Основной особенностью этих устройств является то, что в них не происходит усиления или ослабления сигнала, то есть, коэффициент усиления в этом случае равен единице. Такая особенность связана с тем, что петля обратной связи имеет сопротивление, равное нулю.
Такие системы повторителей напряжения чаще всего используются в качестве буфера для увеличения нагрузочного тока и работоспособности устройства. Так как входной ток приближен к нулю, а ток на выходе зависит от вида усилителя, то есть возможность разгрузки слабых источников сигнала, например, некоторых датчиков.
Виды обратных связей. Различают
положительную и отрица-тельную специально вводимую ОС. При положительной ОС сигнал с выхода на вход усилителя поступает в фазе с колебаниями входного сигнала, в результате чего коэффициент усиления усилителя возрао тает. Этот вид ОС используется главным образом в автогенераторах. При отрицательной обратной связи (ООС) колебания с выхода на вход усилителя поступают в противофазе с входным сигналом, в ре-зультате чего его коэффициент усиления уменьшается. В усилите-лях обычно используется ООС, улучшающая их качественные пока-затели.
Способы осуществления отрицательной обратной связи . По спо-собу получения сигнала ОС на выходе усилителя различают схемы с ООС:
- по напряжению в которых напряжение обратной связи Uр пропорционально напряжению на выходе усилителя Uвых;
- по току в которых напряжение обратной связи Uз про-порционально току нагрузки; с комбинированной в ко-торых осуществляется комбинация обоих способов. Напряжение обратной связи можно подать на вход усилителя либо последовательно, либо параллельно с входным сигналом.
Со-ответственно различают последовательную (со сложением напряже-ний,) и параллельную схемы обратной связи (со сложением токов, Цепь обратной связи может охватывать весь уси-литель или его часть. В усилителе может быть несколько (зависи-мых или независимых друг от друга) цепей обратной связи.
Влияние ОС на основные параметры усилителя. Коэффициент усиления усилителя с ОС определяем на примере схемы усилителя с последовательной обратной связью по напряжению),
Если на вход усилителя подается напряжение Us, коэфициент (фактор) обратной связи показывает, какую часть выходного напряжения составляет напря-жение обратной связи. При положительной обратной связи коэффи-циент Р.может принимать значения от 0 до +1, а при отрицатель-ной — от 0 до — 1. Обычно в схемах усилителей р =0.05-0,2.Напряжение обратной связи Uр=±рUвых пропорционально выходному напряжению. Результирующее.напря-жение на входе-усилителя U=Uвх+Uр=Uвх+(±РUвых), откуда UВх=U-(±рUвых). Коэффициент усиления усилителя, охваченного ОС, определяется как отношение исходного напряжения к входному внешнего источника Кp = Uвых/Uвх=Uвых/[±pUBЫХ)]. Очевидно, при положительной обратной связи К$=К/=K/(1 — РK) возрастает в (1 — рK) раз, а при отрицатель-ной Kр=K/(1 + рK) — уменьшается в (1 +РK) раз. При глубокой ООС легко получить ЗК>1. В многокаскадном усилителе с большим ко-эффициентом усиления K это соотношение реализуется даже при малой величине р, поэтому коэффициент Kр=1/р. Отсюда видно, что усиление усилителя не за-висит от К, т. е. от параметров схемы усилителя и числа его каска-дов, а определяется лишь коэффициентом передачи р цепи ОС. При наличии ООС коэффициент нестабильности усиления е=ДKр/Кр = АK-1/K(1 + РK) уменьшается в (1+рK) раз, чем достигается ста-билизация усиления независимо от причин, вызвавших эти измене-ния. Входное сопротивление усилителя с ОС зависит от способа по-дачи напряжения обратной связи, вида обратной связи и ее глуби-ны. Последовательная ООС по напряжению и току увеличивает входное сопротивление, а параллельная 1 (по напряжению и току) — уменьшает.
Выходное сопротивление усилителя с ОС зависит от способа по-лучения напряжения ОС, от ее вида и глубины. Последовательная, и параллельная ООС по напряжению уменьшает, а Последовательная и параллельная ООС по току уве-личивает выходное сопротивление усилителя. При последовательной ОС конечное сопротивление источника сиг. нала снижает глубину ОС, поэтому последовательную ОС целесо-образно применять в усилителях напряжения. При параллельной ОС сопротивление источника сигнала оказывает обратное действие (при его уменьшении глубина ОС также уменьшается), поэтому парал-лельную ОС рекомендуется применять в усилителях тока. В усили-телях с токовым выходом ОС по напряжению нецелесообразна, по-скольку она уменьшает выходное сопротивление.
Отрицательная обратная связь в (1 + pK) раз снижает сигнал гармоник, возникающий из-за нелинейных искажений. Аналогичное влияние она оказывает на напряжение помех (фон, наводка). При отсутствии фазовых искажений и относительно небольших нелиней-ных искажениях (Y<10-15 %) коэффициент нелинейных искаже-ний усилителя с ООС уменьшается в (1 + рK) раз. При высоком уровне нелинейных искажений ООС не способствует их уменьшению, а кроме того, может перейти в положительную за счет дополнительных фазовых сдвигов высших гармоник и тогда нелинейные. иска-жения возрастут. Для снижения нелинейных искажений ООС обычно вводят в выходные каскады с наибольшими диапазонами выход-ных напряжений. При малых фазовых сдвигах Ф сигнала и независимой от часто-ты цепи ООС в усилителе коэффициент частотных и фазовых иска-жений Мр=M(1+роKо)/(1 + РоК); ф3~ф(1 + |ЗK).
Отсюда следует, что ООС уменьшает частотные и фазовые иска-жения примерно в (1 + роKо) раз, поэтому частотная, характеристика Kр=ф(f) (против K) выравнивается что способствует расширению полосы пропускания усилителя Af2>Af1. При ООС по на-пряжению уменьшение частотных искажений (расширение полосы пропускания) достигается за счет снижения Ко на средних частотах. Таким образом, рассмотрена активная обратная связь, при кото-рой коэффициент Р не зависит от частоты. Если цепь ОС выполнить с реактивными элементами, можно получить частотно-зависимую об-ратную связь, при которой возможна коррекция частотной характе-ристики усилителя.
Структурная схема усилителя. По схемному построению усили-тели могут быть одно- и многокаскадными. Число каскадов опреде-ляется требованиями, предъявляемыми к усилителям. Структурная схема усилителя состоит из входного и выходного уст-ройств, предварительного и мощного усилителей, нагрузки и источ-ника электропитания. Входное устройство Вх.У служит для передачи сигнала от ис-точника ИС во входную цепь первого усилительного элемента, обес-печивая согласование сопротивлений и уровней сигнала, симметри-рование цепей, разделение цепей постоянной составляющей источни-ка сигнала и входной цепи усилительного элемента. Входное устрой-ство в виде симметрирующего трансформатора превра-щает несимметричную входную цепь усилителя в симметричную, а в виде резистора с разделительным конденсатором обеспечивает разделение постоянной составляющей тока или напряжения в выходной цепи источника сигнала и во входной цепи усилительно-го элемента. Резистор с регулируемым сопротивлением, осуществляет регулировку уровня подводимого сигнала.
Предварительный усилитель ПУ, одно- или многокаскадный обеспечивает усиление напряжения, тока или мощности сигнала до значения, необходимого для нормальной работы усилителя.
Мощный усилитель МУ предназначен для отдачи в нагрузку Я требуемой мощности сигнала, что осуществляется соответствующим выбором усилительных элементов схемы и ее построением.
Выходное устройство Вых. У служит для передачи усиленного сигнала из выходной цепи последнего каскада в нагрузку Н. Выход-ное устройство в виде выходного трансформатора (обес-печивает оптимальную нагрузку усилительному элементу выходного каскада или согласовывает выходное сопротивление усилителя с со-противлением нагрузки. При работе несимметричного выходного кас-када на симметричную нагрузку (например, симметричную двухпро-водную фидерную линию) в выходную цепь усилителя включают симметрирующий трансформатор.
